建筑幕墻結構設計及優化措施論述

程志毅

摘? ? 要：當今建筑幕墻作為建筑類的一種產品已被廣泛應用。為切實優化和提升建筑幕墻的應用價值，必須首先切實做好幕墻結構設計工作，確保設計方案合理可行，才能日后精準指導幕墻工程施工階段安裝以及使用中維修與保養。本文以建筑幕墻結構設計作為研究對象，首先介紹幾種常見的建筑幕墻結構體系，然后具體從安全性、承載能力、經濟性以及功能性等方面探討優化設計措施，以供參考。

關鍵詞：建筑幕墻;結構設計;優化措施

1? 引言

在現階段我國建筑行業發展中，建筑幕墻已經作為一種建筑類產品被廣泛普遍應用。幕墻結構體系種類豐富，造型獨特精致，對提升建筑物的品質與價值具有積極的作用。因此建筑幕墻結構設計顯得尤其重要，從幕墻結構體系的選擇、設計以及優化措施等環環相扣，充分考慮其合理性、安全性、穩定性、經濟性將決定建筑物的品質、形象與市場價值。如果建筑幕墻結構設計和構造的不合理存在缺陷，不僅會影響建筑幕墻使用中的功能性，還可能會造成其結構與構造的安全隱患。基于此，針對建筑幕墻結構設計應予以重點關注，切實提高設計水平和水準，成為當今建筑幕墻的應用關鍵環節，應該引起高度重視和關注。

2? 建筑幕墻結構設計概述

隨著我國的國民經濟飛速發展，如今建筑幕墻已被廣泛應用于建筑設計中，從廣義上可稱之為：“建筑外皮”，它也是一幢建筑物自身的、獨有的名片，其獨特的藝術造型甚至也是一座城市的標志和象征。

伴隨著科學技術的飛速發展，建筑幕墻結構系統的種類和構造體系也日新月異，其結構設計與構造設計不僅僅要注重與建筑物形體的協調性和美觀性，還必須保證建筑幕墻系統結構的安全性、穩定性、可靠性，同時應當具備良好的使用功能性（例如：抗風壓性能、氣密性能、水密性能、熱工性能、光學性能、空氣隔聲性能、平面變形性能、耐沖擊性能、承重性能），從而提升建筑物整體的品質與形象。結合目前建筑幕墻結構體系的實際應用狀況，列舉以下幾種比較常見的幕墻結構體系。

2.1? 構件式幕墻系統

最基本和最常見的幕墻結構體系，通常首先在加工廠完成支撐框架（立柱與橫梁）和各類外飾墻面板（含組件）的制作，然后再運送至施工現場，按照安裝工藝的順序先將支撐框架的立柱通過連接件固定在建筑主體結構上，再將橫梁安裝在立柱上，之后將外飾面板（含組件）固定在支撐框架上。這種幕墻結構體系具備結構設計、結構承載力計算相對較為簡易，并能夠承受較大的現場安裝誤差，因此被廣泛用于一般建筑物或高層/超高層建筑物的裙房部位。

2.2? 單元式幕墻系統

一種高性能的幕墻結構體系，具有模塊化、裝配化、集成化等特點。通常是將支撐框架與外飾墻面板在加工廠完成制作和組裝，形成幕墻單元板塊，再將單元板塊運送至施工現場，在施工現場進行機械吊裝，單元板塊通過鋁合金或鋼質的轉接件安裝在建筑主體結構上。單元式幕墻系統具備較高的水密性能和氣密性能，其原理是采用“雨幕原理”，結合鋁合金型材的等壓腔設計，從而實現單元式幕墻結構體系內有組織與有導向性的排水，具有優良的幕墻防雨水功能。單元式幕墻的模塊化和裝配化特點，能夠實現與建筑主體同步施工，故被廣泛應用于高層和超高層建筑物。

2.3? 點支式幕墻系統

一種主要采用金屬材料作為龍骨（鋼型材、不銹鋼等）與玻璃相結合的結構體系。利用現代化計算機軟件進行結構設計和力學模型分析，并伴隨著建筑玻璃制造技術與工藝的提升，實現了現代化建筑大空間的風格。該結構體系支撐結構布置靈活多變，適用于建筑物大空間、大尺度部位，該幕墻結構體系的安全性、穩定性尤為重要，對構件的技術要求較高，設計需要精巧實用。

2.4? 全玻璃幕墻系統

隨著玻璃制造技術提升而衍生出的一種新型幕墻結構體系。它為建筑物實現晶瑩剔透、獨特別致的外觀效果創造了一個全新的空間。在全玻幕墻結構設計中，應充分處理好建筑外立面分格與玻璃制造工藝和造價成本之間的矛盾，保證其幕墻結構體系的安全性與穩定性，同時兼備幕墻工程造價的性價比。

3? 建筑幕墻結構優化設計措施

3.1? 安全優化設計

建筑幕墻結構優化設計應以結構的安全性、穩定性為前提，幕墻結構與構造在使用過程中安全、可靠為原則，避免出現較嚴重的安全事故。基于建筑幕墻結構安全性的保障工作而言，設計人員首先應考慮幕墻結構體系的選擇，構造合理，以及滿足建筑的美觀，其次應注重幕墻消防角度考慮，設計方案必須滿足規范的要求，使得幕墻具備良好的耐火性能，避免因火災造成的安全事故。另外，對于高層和超高層建筑物，必須重點考慮玻璃因自爆導致“玻璃雨”安全事故，人造板材或者石材幕墻應避免因面板脫落導致的安全事故，對于這些優化設計中應從幕墻材料的技術要求和材料選擇以及設置防脫落構造設計等方面著重考慮。

建筑幕墻結構整體的抗震性能也尤其重要。在地震作用下，幕墻應保持整體結構的安全性，避免因地震作用下的位移使得幕墻結構整體較大破壞和損壞，應當以“小震不壞，中震可修，大震不倒”為設計原則，因此除了建筑幕墻結構支撐構件與外飾墻面板的強度和剛度應滿足規范要求，還應當在相鄰幕墻單元板塊之間（例如：公母豎框之間、上下橫框之間）以及幕墻單元板塊與建筑主體結構連接處設計預留有效的變形縫和伸縮縫，從而提高幕墻結構整體的強抗震性能。

3.2? 承載能力優化設計

首先，建筑幕墻所有支撐構件與外飾墻面板的承載力設計必須滿足相應的規范要求。計算參數的選擇（例如：基本風壓、基本雪壓、地面粗糙度類型、抗震設防等級等參數）應該與建筑主體結構設計保持一致。設計人員應合理地分析幕墻支撐構件的力學模型，對支撐構件進行力學計算，確保支撐構件的強度與剛度滿足規范和技術的要求。幕墻構件承載能力應具備安全性、穩定性、可靠性，同時應當與經濟性相匹配，不能因考慮支撐構件的承載能力，而忽視幕墻工程造價的性價比。

幕墻結構承載能力優化設計，首先應當考慮基本風壓的取值，應結合項目的具體情況而定（例如：規范要求取值或者風洞試驗報告取值），還應考慮幕墻系統位于建筑物不同部位體型系數的取值，結合支撐構件合理的力學模型分析，支撐構件是安全、穩定、可靠的，并為幕墻支撐構件和外墻面板的材料選擇提供數據支撐。

承載能力優化設計中，建筑幕墻各類材料的優化應當科學與合理，尤其是對于各類支撐材料的選擇，需重點關注材料的強度、剛度性能，了解其對于建筑幕墻結構承載力的貢獻，避免因采用劣質材料或者是型號/牌號不匹配的材料參與建筑幕墻的構建。針對建筑幕墻結構中的各受力構件進行優化設計，既保證幕墻構件的支撐性能的安全與穩定，同時具有良好的經濟性。

3.3? 經濟性優化設計

對于建筑幕墻結構的優化設計而言，往往還需要幕墻設計人員重點考慮到經濟性的要求，能夠在業主投資范圍內進行幕墻方案設計，避免因為設計方案不合理，產生較為嚴重的超預算的問題。因此在建筑幕墻結構設計中，設計人員應該致力于平衡美觀性與經濟性之間的矛盾，以確保建筑幕墻結構安全、穩定、可靠為前提，避免過度追求美觀性或藝術性而造成建筑幕墻造價過高。設計人員首先需要關注于幕墻材料的選擇，所選擇的材料均符合技術、造價的要求，在保證材料技術要求的基礎上，優先選擇性價比相對較高的幕墻材料。從建筑幕墻結構類型優化設計著手進行經濟性控制同樣極為重要，需要設計人員針對不同建筑幕墻結構設計方案進行綜合評估，精準判定幕墻工程造價，從而在條件允許的情況下，優先選擇最為適宜的設計方案。

3.4? 功能性優化設計

建筑幕墻結構優化設計中還應重點考慮其功能性的要求，使得建筑幕墻產品在使用中發揮出應有的功能與價值。在功能性優化設計中，設計人員首先考慮幕墻的基本功能，例如：抗風壓性能、水密性能、氣密性能、熱工性能、光學性能、空氣隔音性能、平面變形性能等，另外應考慮設計的集成化，例如：遮陽、燈光亮化、BMU等因素。除此之外，優化設計應具備維護更換的方案，保證建筑幕墻產品在使用過程中的可維修與更換。

4? 結束語

建筑幕墻在建筑設計中被廣泛應用，建筑師對建筑物的造型更加藝術性，為提升建筑幕墻的應用，必須首先考慮幕墻結構設計，基于安全性、承載能力、經濟性以及功能性進行設計方案的優化，從而使得建筑幕墻既美觀，又實用，展現建筑物的造型藝術。

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